【導讀】往復式壓縮機是工業(yè)上使用量大、面廣的一種通用機械。立式壓縮機是往復活塞式。熱力計算、動力計算是壓縮機設計計算中基本又是最重要的一項工作，根。列數(shù)、氣缸尺寸、軸功率等以及經(jīng)過動力計算得到活塞式壓縮機的受力情況。精確程度體現(xiàn)了壓縮機的設計水平。

　　

【正文】 取 D1=60mm ③ 軸頸長度：根據(jù) 選取軸承寬度略大些 軸承：根據(jù)主軸頸直徑 ， 取 d=55mm ④ 曲柄厚度 t： 33mm~)~()D~( ????，取 t=35mm ⑥ 曲柄寬度 h 88mm~)~()D( ????，取 h=70mm 曲柄銷距主軸頸中心線的距離 S39。=50mm 555/2)(5055/2D/2)(S39。D1/2S ??????? ??? 因此符合標準 。 ⑦ 過渡圓半徑 )D( ????? 取 r=5mm。 曲軸材料 壓縮機上用的較多，制造經(jīng) 驗較成熟的，是中碳鋼鍛造曲軸，近年來由于鑄造技術的發(fā)展，采用稀土鎂球墨鑄鐵鑄造曲軸的越來越多。制造曲軸可以節(jié)省原材料和大量減少加工工時，并且有條件把曲軸的形狀設計地更合理。本次設計中曲軸材料選用球墨鑄鐵。 曲軸強度校核 為使計算簡單，對曲軸的受力情況先作如下簡化假定： ① 對于多支承曲軸，作為在主軸承中點處被切開的分段筒支梁考慮； ② 連桿力集中作用在曲柄銷中點處； ③ 略去回轉慣性力； ④ 略去曲軸自重。 本次壓縮機設計軸承不容易斷裂，只進行剛度校核。 ⑴ 靜強度校核 )~()~( ????大學畢業(yè)設計 30 1000409550000 np9550000WTη33T ?????? 曲軸的材料是球墨鑄鐵， ? ? M Pa25~20?? ，所以滿足靜強度要求。 ⑵疲勞強度校核 ? ?1221 nnn nnn ??????? ，通過實驗驗證。符合條件，滿足要求。 連桿 連桿結構設計 圖 8 連桿桿體主要結構尺寸 1— 小頭； 2— 桿體； 3— 大頭； 4— 連桿螺栓； 5— 大頭蓋； 6— 連桿螺母 連桿是將作用在活塞上的推力傳遞給曲軸，又將曲軸的旋轉運動轉換為活塞的往復運動的機件。 連桿包括桿體、大頭、小頭三部分 ，如圖。桿體的截面有圓形、環(huán)形、矩形、工字形等。圓形截面的桿體，機械加工最方便，但在同樣強度時，具有最大的運大學畢業(yè)設計 31 動質量，適用于低速、大型以及小批生產(chǎn)的壓縮機。工字形截面的桿體在同樣強度時，具有最小的運動質量，但其毛坯必須用模鍛或鑄造，適用于高速及大批量生產(chǎn)的壓縮機。本設計由于轉速較高，選擇工字形截面連桿。 連桿結構設計基本原則 連桿的定位： 為了防止連桿在運動時的左右擺動，以及考慮曲軸的熱膨脹引起的軸向移動對連桿的影響，連桿必須加以定位，定位的方法有大頭定位與小頭定位兩種。 大頭定位是 在連桿大頭軸頸兩端面與曲軸銷的配合端面采用較小的配合間隙（約 ～ 毫米）；而在小頭襯套端面與活塞銷的配合端面則取較大的間隙(約為 2～ 5毫米 )。小頭定位是在小頭襯套端面與活塞銷的配合端面采用 ～ 毫米的配合間隙，而在大頭端面與曲柄銷的配合端面，取 2～ 5毫米的間隙。 連桿尺寸計算 ① 連桿長度 L 的確定 ： 連桿長度 L，由曲柄半徑 R與連桿長度 L的比值決定。 λ愈大，壓縮機的外形愈小，愈容易使連桿在運動時與滑道壁相碰； λ值小了的話，就會使壓縮機的外形愈大；所以選取要適當。 因為本 次設計要求結構緊湊的 立 式壓縮機，1/6~1/?選取1/5λ 行程 s=100 mm ，曲柄半徑50m m100/ 2S/2R ??? ∴ 連桿長度 L：250mm50/(1/5 )R/ λL ??? ②連桿小頭襯套 尺寸的確定 : 圖 9 小頭襯套 連桿小頭襯套內徑按 活塞銷決定： d=22mm 連桿小頭近年來采用襯套的結構，襯套的厚度 s 以及寬度 b 選取 : RL??大學畢業(yè)設計 32 ~)~( )~( ????， 取 s= b=(1～ )d=（ 1~） 55=55~77mm，取 b=60mm 小頭襯套與活塞銷的間隙： ( 7 ~ 2) ( 7 ~ 2) 55 4 ~ 0 .0264 m md? ? ? ? ? ? 小頭襯套材料多采用銅合金。 ③ 連桿大頭內徑按曲軸決定： d=55mm ④ 連桿寬度 B 的確定 從工藝上考慮連桿大小頭寬度取相等。對于連桿 寬度取 B= 式中 b 為軸瓦的寬度；對于大頭定位時，為大頭寬度，對于小頭定位時，則為小頭襯套寬度。 60 54b mm? ? ? ? ，取 B=54mm 軸承及其結構的確定 壓縮機常用的軸承有滾動軸承和滑動軸承兩大類。滾動軸承使用、維護方便，機械效率較高，結構雖然復雜，但由專業(yè)廠制造，價格也不很貴，而且通用化標準化程度很高?；瑒虞S承的結構簡單緊湊，制造方便、精度高、振動小、安裝方便。一般中、小型壓縮機適宜采用滾動軸承；大型壓縮機及多支承的壓縮機普遍采用滑動軸承。本設計是 小型壓縮機，采用圓錐滾子軸承。 滾動軸承使用、維護方便，機械效率較高，結構雖然復雜，但由專業(yè)廠制造，價格也不很貴，而且通用化，標準化程度很高。此壓縮機選用圓錐滾子軸承，能同時承受軸向載荷和徑向載荷的聯(lián)合作用。 軸承內徑： ? ?d= ~ p , p— 最大活塞力 ? ? ~~)~ ( ???，取 D=60mm軸承代號： 根據(jù) GB/T297— 1994 查得圓錐滾子軸承： 軸承代號： 30212 d: 60mm D:110mm B:22mm 聯(lián)軸器 大學畢業(yè)設計 33 圖 10 彈性聯(lián)軸器 壓縮機與驅動機的連接，一般分為： 1） 壓縮機與驅動機為同一軸的直連； 2）壓縮機與原動機兩軸間有速比的皮帶傳動； 3） 壓縮機與原動機兩軸間沒有速比的聯(lián)軸器連接。 對于中、小型壓縮機與電動機的連接，多采用彈性與 半彈性的聯(lián)軸器。常用的彈性圈柱銷聯(lián)軸器及彈性聯(lián)軸器（ 如 圖），后一種聯(lián)軸器適用于高速、起動頻繁的情況下，安裝時允許在徑向上與轉角上有稍許偏移。彈性圈柱銷聯(lián)軸器通常以不裝圈的一半為主動軸。我國已有彈性圈柱銷聯(lián)軸器標準，見 JB108— 60。它的缺點是加工要求較高，壽命較低，彈性圈常易損壞。為了提高壽命，我國維修工人在實踐中創(chuàng)造了木銷聯(lián)軸器。經(jīng)過幾年來的使用，可代替彈性圈柱銷聯(lián)軸器，且結構簡單，壽命長，軸向允許有較大的竄動。其中的木銷材料可采用：玻璃布層壓板，環(huán)氧酚醛玻璃布棒，酚醛布棒，酚醛層壓板，胡桃木，榆木，白 樺木等。以上材料可以就地取材， 因此深受廣大工人歡迎。 聯(lián)軸器根據(jù)傳遞的扭矩，轉數(shù)及連接的直徑，可按 JB108— 60 選取，一般不需計算。如需計算時，主要是校核聯(lián)軸器中彈簧圈工 。 作表面的擠壓應力 σc，柱銷的彎曲應力 σ。 填料的基本要求 填料是阻止氣缸內氣體自活塞桿與氣缸之間泄漏的組件。填料的要求是密封性能好并耐用。它是易損件，故設計中盡量采用標準化或通用化的元件，以便于生產(chǎn)管理，提高生產(chǎn)效率，降低成本。 大學畢業(yè)設計 34 填料的結構 壓縮機中的填料，都是借助于氣體的壓力差來獲得自緊密封的。根據(jù)氣體的壓差、性質 、密封要求的高低、及其結構的不同和使用上的習慣，選擇不同類型的密封圈。 密封圈主要有平面和錐形兩類，前者用于低、中壓，后者用于高壓。本次設計的壓力為低壓，所以選擇平面密封圈。 由于低壓三瓣密封圈適用于壓力差在 10公斤 /厘米 2以下的密封，故采用三瓣密封圈， 且該元件結構簡單，易于制造。該密封圈為單向斜口，由于它對活塞桿的比壓不均勻，銳角的一方比壓較大，因此其內圈磨損也不均勻，主要發(fā)生在銳角的一方。密封圈磨損后，在相鄰兩瓣接口處不可避免的留有間隙，無法阻擋氣體的泄漏。 材料選擇 平面密封圈一般用 HT2040 灰鑄鐵。 第七章潤滑系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng) 潤滑系統(tǒng)的選擇 壓縮機中，在零件相互滑動部位，如活塞與氣缸、填料與活塞桿、主軸承、大學畢業(yè)設計 35 連桿大頭、連桿小頭襯套以及十字頭滑道等處，要注入潤滑劑進行潤滑，已達到以下目的： ① 減少摩擦功率，降低壓縮機功率消耗； ② 減少滑動部分的磨損，延長零件壽命； ③ 潤滑劑有冷卻作用，可導走摩擦熱，使零部件溫度不高； ④ 用油作潤滑劑時，尚有防止零件生銹的作用。 設計和選擇潤滑系統(tǒng)的基本要求是： ① 要有可靠的供油裝置，要保證有適量的潤滑油輸送至各運動部位； ② 系統(tǒng)中要有便于檢查供油情 況的部位和儀表； ③要有使?jié)櫥蛢艋倪^濾裝置； ④ 供油管路的布置要緊湊，整齊，便于拆裝和清洗，同一管路中管件的選擇要力求劃一。 本次設計采用飛濺潤滑。飛濺潤滑適用于無十字頭壓縮機。該潤滑方式是借助于連桿 大頭的擊油桿或擊油勺， 將曲軸箱內的潤滑油飛濺至汽缸鏡面 及傳動機構各摩擦副表面，或者利用掛在曲軸頸臺肩上的圓環(huán)，將曲軸箱中的潤滑油帶至主軸頸表面，再在離心力的作用下飛濺至汽缸鏡面和傳動摩擦副表面 。采用上述潤滑方式能使汽缸和傳動機構同時得到潤滑，但二者潤滑油只能相同。 盡管該潤滑方式存在潤滑油量過多的缺點，但結構極 為簡單，況且通過對濺油器形狀的不斷改進（例如，設計成窄片狀或針狀），以及對濺油深度的合理控制，已能使耗油量指標達到甚為理想的程度。所以，飛濺潤滑幾乎成為泛用微型壓縮機潤滑的普遍方式。 冷卻系統(tǒng)的選擇 冷卻系統(tǒng)有：風冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)，本設計采用風冷。 冷卻方式 壓縮機裝置中需要冷卻的部位有（即冷卻方式）： ①級間冷卻 多級壓縮機間排氣 ②后冷卻 被壓縮氣體排出壓縮機后進行冷卻，使其溫度降低，便于分離氣體中的水分和油霧，也使輸送氣體的管道直徑減小或氣體流速和流阻降低； ③潤油冷 卻 大型壓縮機中傳動機構潤滑油也需要冷卻，以維持其良好的潤滑性能及對摩擦副的冷卻效果； ④汽缸冷卻 限制缸壁溫度不要太高，保證缸內潤滑效果，限制零部件熱變形。 上述熱量如果是通過冷卻水帶走，則稱為水冷壓縮機 如果是通過空氣帶走，則稱為風冷壓縮機 大學畢業(yè)設計 36 冷卻系統(tǒng) ①風冷系統(tǒng) 微型和小型壓縮機，以及中型壓縮機在缺水地區(qū)運行時采用風冷。風冷效果差，因而壓縮機的指示功率消耗較水冷大，并且鼓風機消耗的動力費用一般也較水冷系統(tǒng)的泵功率大，風冷系統(tǒng)（尤其是較大的機組）還帶來很大的鼓風噪音。中型多級壓縮 機組采用風冷時，一般將各級中冷器、后冷器、油冷器集成一體，用一個大的軸流風機鼓風，風機功率一般為壓縮機電機功率的 5%～ 10%； ②水冷系統(tǒng) 按照冷卻水應用方式，水冷系統(tǒng)可分為“開式”和“閉式”兩類。 冷卻設備 冷卻設備主要是冷卻器（換熱器）和冷卻塔。冷卻器形式有水冷和風冷兩種。 水冷冷卻器多采用管殼式結構，它主要由換熱管束冷、外殼、用于固定換熱管的端板（也稱管板 )、熱膨脹補償裝置以及折流板、封頭、法蘭等構成。 風冷冷卻器基本都是翅片管結構，目的在于增大管外側換熱面積，有些是套片式，有些是直接在管外 軋制翅片，有些是在光管外再緊密套上一根外翅片管。 參考文獻 大學畢業(yè)設計 37 [1]鄭津洋，董其伍 .過程裝備設計 [M].北京：化學工業(yè)出版社， 2021. [2]王志奎，劉麗英 .化工原理 [M].北京：化學工業(yè)出版社， 2021. [3]李云，姜培正 .過程流體機械 [M].北京：化學工業(yè)出版社， 2021. [4]趙程，楊建民 .機械工程材料 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2021. [5]任濟生，唐道武 .機械設計課程設計 [M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社 .2021. [6]郁永章，孫嗣瑩 .容積式壓縮機技術手冊 [M].北京：機械工業(yè)出版社 2021. 致謝 大學畢業(yè)設計 38 畢業(yè) 設計 是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次比較完整 天然氣往復壓縮機的設計 ，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度 的提升 ，使我認識到，想要成為一名成功的設計者，細節(jié)確定成敗。 雖然畢業(yè)設計內容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設備的 選用標準，各種 元件 的安裝方式，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的 ，在設計過程中，我不間斷翻閱最新的相關書籍和雜志，不斷更新和完善我的設計理念。 和老師的溝通交流更使我從經(jīng)濟的角度對設計有了新的認識也對自己提出了新的要求，這些本是我工作后才會意識到的問題，通過這次畢業(yè)設計讓我提前了解了這些知識，這是很珍貴的。 天然氣往復壓縮機的設計，主要是熱力 計算和動力計算，對壓縮機的曲軸、連桿、氣閥以及活塞的尺寸設計，并對其進行校核。 根據(jù) 任務書 提供的 介質 、氣量、壓力等參數(shù)要求，經(jīng)過計算得到壓縮機的相關參數(shù)，如級數(shù)、氣缸尺寸、軸功率等 ， 經(jīng)過動力計算得到活塞式壓縮機的受力情況 。 活塞式壓縮機熱力計算、動力計算的結果將為各部件圖形以及基礎設計提供原始數(shù)據(jù) 。在設計過程中，通過不斷地選定參數(shù)，借鑒前人的經(jīng)驗，從而達到構件的強度和剛度要求。 在設計過程中一些 構件的尺寸 的設計讓我很頭痛，原因是由于本身設計受到的框定，而又必須考慮本專業(yè)的一些要求規(guī)范，從而形成了一些矛盾點，這些 矛盾在處理上讓人很難斟酌，正是基于這種考慮我意識到：要向更完美的進行一次設計，與其他專業(yè)人才的交流溝通是很有必要的 。 提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學習中表現(xiàn)出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力 ，必將是成功塑造一名優(yōu)秀設計者的一塊基石。